作者 | 廉兵杰，涂 强，王焕焕，等
（中海油常州涂料化工研究院有限公司，江苏常州 213016）
引言
目前海洋重防腐领域防护涂层主要以多涂层配套体系为主，如环氧富锌底漆 + 环氧云铁中间漆 + 丙烯酸聚氨酯面漆/氟碳面漆，该体系防腐耐候性能已在多年的应用中得到验证，但其存在着 涂料施工周期长、施工成本高、固含低、VOC高等缺点。聚天冬氨酸酯聚脲涂料是一种新型聚脲涂料，相对于传统配套涂层，具有固化速度快、VOC含量低、一次施工可获得高膜厚等优点。本研究针对海洋腐蚀环境，通过对树脂、固化剂、活性稀释剂、助剂等进行研究，开发无溶剂底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料，该涂料具有合适的混合适用期、优异的基材附着力及耐候性能。
1、实验部分
1.1 水配方设计及制漆工
无溶剂底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料基础配方见表1，其制备工艺为：按配方量依次加入树脂、混合溶剂、助剂搅拌均匀，然后加入颜料和填料，搅拌均匀后进行研磨，直至达到规定细度，补加溶剂，调节固含，得到聚天冬氨酸聚脲涂料A组分。
表 1 无溶剂底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料配方
1.2 样板制备
用于附着力(划格法)、 柔韧性、 耐冲击性测试的样板均按照相关行业标准的要求制备，涂膜采用空气喷涂法，其膜厚均在(20±3) μm；拉开法附着力、耐盐雾、耐紫外老化、循环老化测试采用配套板，其制备过程如下：3 mm 钢板，样板表面除油喷砂处理，对样板背面喷涂环氧厚浆型涂层进行保护处理，空气喷涂无溶剂底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料，膜厚250~300 μm。
2、结果与讨论
2.1 无溶剂底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料的基本配方
2.1.1树脂的选择
选择两种不同活性的聚天冬氨酸酯树脂搭配使用来控制涂料的适用期，其中树脂A活性较低，树脂B活性较高，选择HDI二聚体作为固化剂，测试涂料的适用期及表干时间，测试结果见表2。从表2结果可以看出，当m（树脂A）：m（树脂B）=2：1时，涂料兼具合适的适用期和较快的干燥时间，因此选择选择A树脂与B树脂按照质量比2:1混合使用。
表 2 不同树脂对涂料适用期和干燥时间的影响
2.1.2 固化剂的选择
本研究开发的聚天冬氨酸酯聚脲涂料为无溶剂涂料，传统异氰酸酯固化剂如HDI三聚体黏度较大，不能满足涂料施工要求，因此选择低黏度的缩二脲二异氰酸酯（分子结构见图1）作为固化剂主体。同时，由于无溶剂聚天冬氨酸酯聚脲涂料固化速度快，涂层内聚力大，往往对基材的润湿性较差，特别是在表面处理不够的情况下，附着力难以满足要求。选择硅烷改性异氰酸酯固化剂（分子结构见图2）与二脲二异氰酸酯复配使用，通过硅烷基团与基体表面的化学键合作用来提高涂层的附着力。通过试验测试，当硅烷改性异氰酸酯与缩二脲质量比为1：1时，涂料具有最优的附着力和施工性能。
图1 缩二脲异氰酸酯分子结构图
图2 硅烷改性异氰酸酯分子结构图
2.1.3颜基比的选择
树脂的含量越高，涂料的耐候性能越好，但是由于聚脲涂料固化速度快，树脂添加量大时涂料在基材表面润湿差，可能存在附着力变差的问题。分别设计不同颜基比制备涂料并进行附着力和耐人工加速老化测试，测试结果见表3。
表 3 不同颜基比对涂料附着力和耐候性能的影响
从表3数据可以看出，颜基比越高，涂料的混合适用期越长、附着力越大，耐候性能稍有降低。综合考虑附着力和耐候性能，选择P/B为1.5/1，涂料耐老化性能可通过添加紫外光吸收剂进一步提高。
2.2 无溶剂底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料性能评价
参照HG/T 5368—2018 《聚天门冬氨酸酯防腐涂料》对聚天冬氨酸酯涂料的性能要求对涂料进行性能测试，测试结果见表4。
表 4 聚天冬氨酸酯聚脲性能
从测试结果可以看出，本研究所开发的涂料满足HG/T 5368—2018对聚天冬氨酸酯聚脲涂料的性能要求，具备优异的附着力、耐候性能以及合适的混合适用期。
参照ISO 12944-9 对海洋防护涂层配套体系的要求，分别制备无溶剂底面合一聚天冬氨酸酯聚脲样板和环氧富锌+环氧云铁+聚氨酯配套体系样板进行循环老化对比测试，测试结果见表5，腐蚀蔓延照片见图3。
表 5 不同配套体系性能对比
图 3 不同配套体系耐循环老化测试样板
从循环老化测试结果可以看出，底面合一聚天冬氨酸酯聚脲单涂层和环氧富锌+环氧云铁+聚氨酯配套体系均能满足ISO 12944-9性能要求，聚天冬氨酸酯聚脲涂料由于更加绿色环保，可在某些领域替代传统配套体系应用于海洋大气腐蚀环境中。
2.3 无溶剂底面合一聚天冬氨酸酯聚脲在跨海大桥上的应用
舟山跨海大桥自2009年通车以来，由于苛刻的海洋腐蚀环境，大桥全线钢结构防护涂层均出现了一定程度上的失效，目前舟山跨海大桥已进入养护期。新建时期舟山跨海大桥护栏和风障选用无机富锌+云铁中间漆+聚氨酯面漆配套体系，但在应用3~5 a后涂层出现生锈、粉化、褪色问题。选择本研究开发的底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料应用于舟山跨海大桥西堠门大桥护栏和风障，交工验收2 a后对应用效果进行勘验，未发生粉化、生锈、脱落等现象，应用效果良好。
3、结 语
（1）选择聚天冬氨酸酯树脂并选择合适的固化剂，添加合适的消泡剂、吸水剂、紫外光吸收剂和活性稀释剂，研制了无溶剂底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料。
（2）该涂料具备合适的混合适用期、低VOC、优异的附着力和耐候性能，可满足HG/T 5368—2018 《聚天门冬氨酸酯防腐涂料》以及ISO 12944-9 的要求。
（3）该涂料绿色、环保、一次施工可获得高膜厚，在某些领域可替代传统三涂层配套体系，在海洋重防腐领域具有良好的应用前景。
参考文献（略）
完整内容请见《涂层与防护》2022-6期
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